RU2203862C2

RU2203862C2 - Method of vibration jet magnetic decompression acoustic activation of solutions

Info

Publication number: RU2203862C2
Application number: RU99119915/12A
Authority: RU
Inventors: С.П. Гузеев; В.А. Данекер; С.В. Рикконен; А.И. Теплов; А.К. Хорьков
Original assignee: Гузеев Сергей Петрович; Данекер Валерий Аркадьевич; Рикконен Сергей Владимирович; Теплов Алексей Иванович; Хорьков Александр Константинович
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: treatment of various solutions. SUBSTANCE: invention is related to activation of various solutions to obtain required properties of these solutions. Method is intended mainly for oil and petroleum refining industries. It consists in formation of small volumetric portions which are subjected to multiple multicomponent action by activation modules distributed in volume of solution. Multicomponent action is formed by integral combination of activation factors: turbulent jet, displacement speed of layers in solution, quasi-constant magnetic field, alternating decompression and acoustic field. EFFECT: enhanced degree of activation of solutions. 4 dwg

Description

Изобретение относится к способу активации (обработки) различных растворов с целью получения требуемых свойств этих растворов и устройству для его реализации и предназначено для использования в основном в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности. The invention relates to a method for activation (processing) of various solutions in order to obtain the required properties of these solutions and a device for its implementation, and is intended for use mainly in the oil and oil refining industries.

Известен способ обработки парафиносодержащей нефти вибрационным воздействием, реализуемый моноконструкциями в виде сеток, помещаемыми в нефть и совершающими колебательные движения (А.с. 571657, А.с. 612101). Результатом обработки данным способом является снижение эффективной вязкости нефти. Эффективность применения способа не достаточно высока в связи с большими массами вибрирующих устройств, не позволяющими получить высокие амплитуды колебаний и требующими достаточно мощные приводные механизмы. A known method of processing paraffin-containing oil by vibration exposure, implemented by mono-structures in the form of grids placed in oil and making oscillatory movements (A.S. 571657, A.S. 612101). The result of processing in this way is to reduce the effective viscosity of the oil. The effectiveness of the method is not high enough in connection with the large masses of vibrating devices that do not allow to obtain high amplitudes of oscillations and require sufficiently powerful drive mechanisms.

Известен способ обработки растворов, осуществляемый турбулентными струями собственно раствора, создаваемыми различного рода насадками (С.В. Логвиненко. Техника и технология цементирования скважин. М., Недра, 1978, 245 с. ). Реализация этого способа способствует уменьшению размеров дисперсной фазы и повышению однородности раствора. A known method of processing solutions, carried out by turbulent jets of the actual solution created by various nozzles (S. V. Logvinenko. Technique and technology of cementing wells. M., Nedra, 1978, 245 S.). The implementation of this method helps to reduce the size of the dispersed phase and increase the uniformity of the solution.

Известен способ обработки растворов квазипостоянным магнитным полем, осуществляемый устройствами, охватываемыми потоком раствора (Лазоренко Л.И. Влияние режимов магнитной обработки воды на качество бетона, полученного на ее основе / Электронная обработка материалов, 1-1985 г., 87 с.; Ф.Г. Унгер, А. Н. Андреева и др. Магнитные технологии в нефтедобыче / Электронные и электромеханические системы и устройства // Сборник докладов XV научно-технической конференции. - Томск: НПО "Полюс", 1997. с.179-183). Применение этого способа позволяет в случае обработки нефти снизить количество осадков в трубопроводах и резервуарах, а в случае обработки цементных растворов повысить прочность цементного камня и снизить расход цемента. Эффективность данного способа зависит от величины напряженности магнитного поля, приложенного к раствору. В известных устройствах эта величина достигает значений до 10⁴ А/м. Больших значений достигнуть не удается, так как величина напряженности пропорционально связана с размерами поперечного сечения потока раствора.A known method of processing solutions with a quasi-constant magnetic field, carried out by devices covered by the flow of the solution (Lazorenko L.I. Influence of the magnetic treatment of water on the quality of concrete obtained on its basis / Electronic processing of materials, 1-1985, 87 pp .; F. G. Unger, A. N. Andreeva et al. Magnetic technologies in oil production / Electronic and electromechanical systems and devices // Collection of reports of the XV scientific and technical conference. - Tomsk: NPO Polyus, 1997. p.179-183). The application of this method allows in the case of oil treatment to reduce the amount of precipitation in pipelines and tanks, and in the case of processing cement mortars to increase the strength of cement stone and reduce cement consumption. The effectiveness of this method depends on the magnitude of the magnetic field applied to the solution. In known devices, this value reaches values up to 10 ⁴ A / m. It is not possible to achieve large values, since the magnitude of the tension is proportionally related to the size of the cross section of the solution flow.

Известны способы обработки растворов компрессионным или депрессионным воздействиями (Попов А. С. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М. : Недра, 1990. ). Использование данных способов отдельно для обработки нефти в скважине позволяет снизить эффективную вязкость и соответственно повысить дебит добычи. Достаточно трудным для указанных способов обработки растворов является создание устройств, обеспечивающих регулируемое интенсивное и многократное повторение этих воздействий. Known methods for treating solutions with compression or depression (A. Popov S. Impact on the bottomhole zone of wells. M.: Nedra, 1990.). The use of these methods separately for processing oil in the well reduces the effective viscosity and, accordingly, increase the production rate. It is difficult enough for these methods of processing solutions to create devices that provide controlled intensive and repeated repetition of these effects.

Известен способ акустического воздействия на нефть в призабойной зоне пласта и аппаратура для его реализации (В.В. Дрягин, В.И. Опошнян, В.А. Глухих. Аппаратура акустического воздействия ААВ-320 для очистки призабойной зоны пласта // НТВ Каротажник. Тверь: ГЕРС, 1998, вып.46, с.74-76). Одним из последствий применения данного способа является снижение эффективной вязкости нефти, что способствует увеличению продуктивности нефтяных скважин. Интенсивность указанного способа определяется частотным диапазоном и амплитудами колебаний рабочего органа. Используемый в способе диапазон частот от 20 до 30 кГц не позволяет получить заметный объемный эффект. There is a method of acoustic impact on oil in the bottomhole formation zone and equipment for its implementation (V.V. Dryagin, V.I. Oposhnyan, V.A. Glukhikh. Acoustic impact equipment AAV-320 for cleaning the bottomhole formation zone // NTV Karotazhnik. Tver: GERS, 1998, issue 46, pp. 74-76). One of the consequences of using this method is to reduce the effective viscosity of oil, which helps to increase the productivity of oil wells. The intensity of this method is determined by the frequency range and amplitudes of oscillations of the working body. The frequency range used in the method from 20 to 30 kHz does not allow to obtain a noticeable surround effect.

Степень активации растворов, исходя из вышеизложенного, зависит от интенсивности каждого из упомянутых воздействующих факторов. В ряде случаев объединяют некоторых из вышеуказанных воздействующих факторов в одном способе. Однако примеров реализации способа, в котором объединяют все описанные воздействующие факторы активации растворов, не имеется. The degree of activation of the solutions, based on the foregoing, depends on the intensity of each of the mentioned influencing factors. In some cases, some of the above factors are combined in one method. However, there are no examples of the implementation of the method in which all the described influencing factors of solution activation are combined.

Целью изобретения является создание способа многокомпонентного воздействия на растворы, повышающего степень активации растворов. The aim of the invention is to provide a method of multicomponent exposure to solutions, increasing the degree of activation of solutions.

Поставленная цель достигается тем, что в растворах формируют малые объемные порции, которые многократно подвергают воздействию создающими их модулями активации турбулентными струями и магнитным полем, отличающийся тем, что указанные порции одновременно подвергают дополнительному действию высокими сдвиговыми скоростями, чередующимися депрессиями и компрессиями и акустическим полем. This goal is achieved in that small volume portions are formed in the solutions, which are repeatedly exposed to the turbulent jets and magnetic field creating their activation modules, characterized in that these portions are simultaneously subjected to additional action by high shear rates, alternating depressions and compressions and an acoustic field.

Наличие дополнительных воздействий на порции раствора, образованных высокими сдвиговыми скоростями, чередующимися компрессией и депрессией и акустическим полем, существенно повышает степень активации раствора, сопровождающуюся изменением реологических свойств растворов, таких как эффективная вязкость и напряжение сдвига. The presence of additional effects on portions of the solution, formed by high shear rates, alternating compression and depression and the acoustic field, significantly increases the degree of activation of the solution, accompanied by a change in the rheological properties of the solutions, such as effective viscosity and shear stress.

Предлагаемый способ активации реализуется модулем активации растворов, устройство которого показано на фиг. 1 и 2. Модуль содержит герметичный корпус 1, электромагнитный вибропривод, подвижный рабочий орган-активатор 2, магнитопровод 3 с катушкой 6 электромагнита вибропривода, расположенный внутри корпуса, причем активатор, являющийся якорем электромагнита и закрепленный на корпусе пружинами 4 и опорой 7, имеет сквозную трапецеидальную подковообразную полость 5 и совершает колебательные движения с амплитудой не менее расстояния от активатора до стенки корпуса при выключенном модуле, а катушка 6 электромагнита через ввод электропитания 8 запитывается однополярными импульсами напряжения, имеющими частоту, равную частоте собственных колебаний активатора в растворе. Выполнение пружины с жесткостью, обеспечивающей равенство собственной частоты колебаний активатора и частоты питающего напряжения, позволило получить максимальные амплитуды колебаний активатора и тем самым обеспечить повышенную производительность модуля. The proposed activation method is implemented by the solution activation module, the device of which is shown in FIG. 1 and 2. The module contains a sealed housing 1, an electromagnetic vibrodrive, a movable working element-activator 2, a magnetic circuit 3 with a coil 6 of an electromagnet of a vibrodrive located inside the housing, and the activator, which is the anchor of the electromagnet and is fixed to the housing by springs 4 and support 7, has a through trapezoidal horseshoe-shaped cavity 5 and performs oscillatory movements with an amplitude of at least the distance from the activator to the housing wall with the module turned off, and the coil 6 of the electromagnet through the power supply 8 is unipolar voltage pulses having a frequency equal to the frequency of the natural vibrations of the activator in solution. The implementation of the spring with stiffness, ensuring the equality of the natural frequency of the oscillator of the activator and the frequency of the supply voltage, allowed us to obtain the maximum amplitude of the oscillator of the activator and thereby provide increased module performance.

При работе модуля активации активатор 2 совершает колебательные движения. За одно колебание активатор формирует малую объемную порцию раствора, которая, проходя через отверстие полости 5, создает турбулентную струю раствора, направленную от модуля. Двигаясь по стенкам полости 5, отдельные слои порции раствора приобретают высокие сдвиговые скорости. Протекая под активатором 2 при минимальном расстоянии от активатора до стенки корпуса 1, раствор попадает в зону высоких значений напряженности квазипостоянного магнитного поля, создаваемого в зазоре между магнитопроводом 3 электромагнита и активатором 2. Каждая порция раствора, находящаяся под активатором 2 и в полости 5, при движении активатора к стенке корпуса 1 сжимается (компрессия), а при движении активатора в обратном направлении испытывает разряжение (депрессия), и наконец колеблющийся в растворе активатор 2 излучает акустические волны, распространяющиеся по объему раствора. Раствор, находящийся рядом с модулем, протекая под активатором через трапецеидальное отверстие (фиг.3), образует замкнутый поток, тем самым обеспечивается многократное попадание порций раствора под действие активизирующих факторов. Многокомпонентное воздействие всех вышеуказанных факторов активации растворов, создаваемое в одном устройстве, существенно повышает степень активации. Используя для активации растворов несколько небольших модулей активации, удалось в каждом из них получить значительно большие амплитуды колебаний активаторов 2, что обеспечивает высокую степень активации раствора при уменьшении массогабаритных показателей самого устройства и увеличении производительности. Распределением модулей активации по объему раствора обеспечивается увеличение общей производительности и однородности обрабатываемого раствора. During operation of the activation module, the activator 2 makes oscillatory movements. In one oscillation, the activator forms a small bulk portion of the solution, which, passing through the opening of the cavity 5, creates a turbulent stream of solution directed from the module. Moving along the walls of the cavity 5, the individual layers of a portion of the solution acquire high shear rates. Leaking under the activator 2 at a minimum distance from the activator to the wall of the housing 1, the solution enters the zone of high values of the intensity of the quasi-constant magnetic field created in the gap between the magnetic core 3 of the electromagnet and activator 2. Each portion of the solution located under the activator 2 and in the cavity 5, with the movement of the activator toward the wall of the housing 1 is compressed (compression), and when the activator moves in the opposite direction it experiences a vacuum (depression), and finally the activator 2 oscillating in the solution emits acoustic lny propagating by volume solution. The solution located next to the module, flowing under the activator through the trapezoidal opening (Fig. 3), forms a closed flow, thereby ensuring multiple portions of the solution under the influence of activating factors. The multicomponent effect of all the aforementioned factors of solution activation, created in one device, significantly increases the degree of activation. Using several small activation modules to activate solutions, it was possible to obtain significantly larger oscillation amplitudes of activators 2 in each of them, which provides a high degree of solution activation with a decrease in the overall dimensions of the device itself and an increase in productivity. The distribution of activation modules by volume of the solution provides an increase in the overall productivity and uniformity of the treated solution.

Пример реализации предлагаемого способа активации парафиносодержащей нефти с помощью модулей активации иллюстрируется на фиг.4. An example implementation of the proposed method for the activation of paraffin oil using activation modules is illustrated in figure 4.

Несколько модулей 9 в зависимости от объема обработки погружают в нефть, находящуюся в емкости 10. На обмотку 6 электромагнита вибропривода каждого модуля подают однополярные импульсы напряжения. При напряжении, отличном от нуля, по обмотке 6 протекает ток, активатор 2, являющийся якорем электромагнита, из исходного состояния под действием электромагнитной силы начинает притягиваться к полюсам магнитопровода 3, двигаясь к стенке корпуса 1 модуля, при этом пружина 4 изгибается, а порция нефти, находящаяся под активатором 2 и в полости 5, сжимается и часть ее через выходное отверстие полости 5 выталкивается в направлении от активатора 2, образуя турбулентную струю 11. На порции нефти, двигающиеся и соприкасающиеся со стенками полости 5 активатора 2, действуют высокие сдвиговые скорости. Нефть, находящаяся между полюсами магнитопровода 3 и активатором 2, подвергается действию квазипостоянного магнитного поля, напряженность которого существенно возрастает при приближении активатора к стенке корпуса 1. В момент времени, когда импульс напряжения отсутствует, ток по катушке 6 не протекает и активатор 2 под действием силы упругости пружины 4 начинает двигаться в направлении от корпуса 1 модуля активации. При этом под активатором 2 и в полости 5 создается разряжение (депрессия), действующее на оставшуюся часть порции нефти, а очередная порция нефти с боков по периметру активатора начинает поступать под активатор. При постоянной подаче импульсов напряжения на катушку 6 модуля все процессы повторяются, оказывая активирующее воздействие на нефть. Колеблющийся активатор 2 каждого модуля является источником акустических волн, распространяющихся по нефти и оказывающих активирующее воздействие. Кроме этого, вблизи работающего активатора 2 создается замкнутый поток нефти, который малыми объемными порциями, соответствующими одному колебательному движению активатора, многократно подвергается действию многокомпонентной совокупности факторов активации. В результате применения предлагаемого способа для активации парафиносодержащей нефти удалось снизить ее эффективную вязкость в 2-3 раза, уменьшить парафиноотложения в трубопроводе до 50%. Several modules 9, depending on the processing volume, are immersed in the oil in the tank 10. Unipolar voltage pulses are fed to the winding 6 of the electromagnet of the vibration drive of each module. At a voltage other than zero, current flows through winding 6, the activator 2, which is the anchor of the electromagnet, starts to be attracted to the poles of the magnetic circuit 3 from the initial state by the action of electromagnetic force, moving to the wall of the module housing 1, while the spring 4 bends and a portion of oil located under the activator 2 and in the cavity 5 is compressed and part of it through the outlet of the cavity 5 is pushed in the direction from the activator 2, forming a turbulent stream 11. Acti on portions of oil moving and in contact with the walls of the cavity 5 Vator 2, high shear rates. The oil located between the poles of the magnetic circuit 3 and the activator 2 is exposed to a quasi-constant magnetic field, the intensity of which increases significantly when the activator approaches the wall of the housing 1. At a time when there is no voltage pulse, the current through the coil 6 does not flow and the activator 2 under the action of a force the elasticity of the spring 4 begins to move in the direction from the housing 1 of the activation module. In this case, under the activator 2 and in the cavity 5, a vacuum (depression) is created that acts on the remainder of the portion of oil, and the next portion of oil from the sides along the perimeter of the activator begins to flow under the activator. With a constant supply of voltage pulses to the coil 6 of the module, all processes are repeated, having an activating effect on oil. The oscillating activator 2 of each module is a source of acoustic waves propagating through the oil and having an activating effect. In addition, a closed oil flow is created near the operating activator 2, which, in small volume portions corresponding to one oscillatory movement of the activator, is repeatedly exposed to the action of a multicomponent set of activation factors. As a result of the application of the proposed method for the activation of paraffin-containing oil, it was possible to reduce its effective viscosity by a factor of 2–3, and to reduce paraffin deposits in the pipeline by up to 50%.

Частота, импульсов напряжения питания равняется собственной частоте колебаний активатора 2 в нефти, что сопровождается высокими амплитудами колебаний активатора, создающих повышенную степень активации нефти. Указанное равенство частот обеспечивают выполнением пружин с необходимой жесткостью, определяемой по выражению:
k = 4π²f²∑ m,
где f - частота питающего напряжения;
∑ m масса колеблющихся элементов системы.The frequency of the supply voltage pulses is equal to the natural frequency of the vibrations of the activator 2 in oil, which is accompanied by high amplitudes of the vibrations of the activator, creating an increased degree of oil activation. The specified equality of frequencies provide the implementation of the springs with the necessary stiffness, determined by the expression:
k = 4π ² f ² ∑ m,
where f is the frequency of the supply voltage;
∑ m is the mass of the oscillating elements of the system.

Способ дополнительно обеспечивает сокращение энергозатрат на процесс активации растворов, так как при реализации резонансного режима получение максимальных амплитуд колебания активатора модуля активации становится возможным при малых токах. Так, при реализации способа модуль активации имел активную мощность потребления 90 Вт при расходе до 2,5 л/с. The method additionally reduces energy consumption for the solution activation process, since when implementing the resonance mode, obtaining maximum oscillation amplitudes of the activator of the activation module becomes possible at low currents. So, when implementing the method, the activation module had an active power consumption of 90 W at a flow rate of up to 2.5 l / s.

Claims

The method of activation of solutions in which small bulk portions are formed, which are repeatedly exposed to the activation modules creating them, turbulent jets and a magnetic field, characterized in that these portions are simultaneously exposed to high shear rates, alternating depression and compression and an acoustic field.